风振系数
大型风力发电机组塔架的风振响应分析与风振系数确定
ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ｔ ｕ ｂ ｅ ｔ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｆ ｉ ｌ ｌ ｅ ｄ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｓ ｋ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｔ ｕ ｂ ｅ（ ＣＦＤＳ Ｔ） ｔ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ．
２ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ Ｄａ ｖ ｅ ｎｐ ｏｒ ｔ ｗ ｉ ｎｄ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕｍ ， ｔ ｈｅ ｐ ｕｌ ｓ ａ ｔ ｅ ｗ ｉ ｎｄ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ — ｔ ｉ ｍｅ ｈｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｙ ｃ ｕｒ ｖ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｏｗｅ ｒ
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Ａ ＮＡＬＹＳＩ Ｓ ０Ｆ Ｗ Ｉ ＮＤ Ｉ ＮＤＵＣＥＤ ＶＩ ＢＲＡＴＩ ｏ Ｎ Ａ ＮＤ Ｄ ＥＴＥＲＭ Ｉ ＮＡＴＩ ｏ Ｎ ＯＦ Ｗ Ｉ ＮＤ
ＶＩ ＢＲＡＴＩ ｏ Ｎ ＣｏＥＦＦＩ ＣＩ ＥＮＴ ｏＦ Ｔｏ Ｗ ＥＲ ＦｏＲ ＬＡＲＧ Ｅ ＷＩ ＮＤ— ＰＯＷ ＥＲ ＧＥＮＥＲ ＡＴＯＲ
风振系数及其计算取值
风振系数及其计算取值 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT风振系数及其计算取值科技名词定义中文名称：风振系数英文名称：wind vibration coefficient 定义：脉动风压引起高耸建筑物的动力作用。
此时风压应再乘以风振系数βz。
风振系数βz与风速、脉动结构的尺度、结构固有频率、振型、结构组织以及地面粗糙度等有关。
应用学科：资源科技（一级学科）；气候资源学（二级学科）风振系数是指风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。
通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。
对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。
目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数。
当房屋高度大于30m、高宽比大于时，以及对于构架、塔架、烟囱等高耸结构，均考虑风振。
（ PS:对于30m以下且高宽比小于的房屋建筑，可以不考虑脉动风压影响，此时风振系数取β（z）=。
对于低矮、刚度比较大的结构，脉动风压引起的结构振动效应比较小，一般不需要考虑脉动风振作用，而仅考虑平均风压作用。
但是为了考虑脉动风压的影响，还是引入一个与风振系数不同的参数：阵风系数。
阵风系数考虑的是脉动风压的瞬间增大系数，即脉动风压的变异效应。
门式钢架也只需要考虑阵风系数。
但是门式钢架规程中没有采用阵风系数。
而参照美国的规范弄的，这个规范里的体型系数也是参考美国的，规程中解释已经考虑了阵风系数。
这与荷载规范GB5009中的体型系数不一样。
）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）在计算风荷载时提到了这两个系数，但是在结合实际工程使用中，结构上的风荷载可分为两种成分：平均风和脉动风。
对应地，风对结构的作用也有静力的平均风作用和动力的脉动风作用。
关于构架风振系数的探讨
关于构架风振系数的探讨摘要：随着生产装置的大型化，装置中的构筑物尺寸也随之增大、增高。
风荷载作为水平荷载的重要性尤为突出。
风荷载中的风振系数对风荷载大小的影响相对较大，从风振系数的计算公式中可以分析出，结构的基本自振周期影响风振系数。
本文通过不同的结构模型，探讨风振系数与结构基本自振周期的关系。
关键词：风荷载；风振系数；基本自振周期1引言随着经济的发展，石油化工行业也随之发展迅速。
为满足生产需要，装置构筑物的尺寸也随之增大、增高。
而石化行业的构筑物作为生产装置建设的重要组成部分，其具有鲜明的行业特点。
不同于一般的民用建筑，石化行业的构筑物外形设计出于工艺布置的要求，其体型往往较一般民用建筑复杂，且其使用功能明确，服务于单台或多台石化设备，多数为敞开式无围护结构。
因此在构筑物的设计中，风荷载与地震作用作为重要的水平荷载需重点考虑。
风荷载是空气流动形成的，对构筑物的作用时不规则的，风荷载实际上是一种随机时变活荷载，但不同于一般活荷载（楼面和屋面活荷载、吊车荷载、雪荷载）为了结构设计方便，基本上都是将风荷载转为确定性的静力等效风。
因此，风引起对结构作用的风荷载是石化行业各类构筑物的重要设计荷载。
在高耸结构中，竖向荷载对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用，是结构计算中必不可少的组成部分。
风荷载计算中风振系数比较复杂，与之影响的因素较多，因此风振系数的计算相当重要。
风振系数是指风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。
通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。
对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。
2风荷载计算中风振系数的分析2.1风荷载的计算目前石化行业构筑物抗风设计中对于风荷载的取值主要依据SH/T 3077-2012《石油化工钢结构冷换框架设计规范》（本文简称《冷换规范》）附录A[1]计算。
风振系数及其计算取值
风振系数及其计算取值公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]风振系数及其计算取值科技名词定义中文名称：风振系数英文名称：wind vibration coefficient 定义：脉动风压引起高耸建筑物的动力作用。
此时风压应再乘以风振系数βz。
风振系数βz与风速、脉动结构的尺度、结构固有频率、振型、结构组织以及地面粗糙度等有关。
应用学科：资源科技（一级学科）；气候资源学（二级学科）风振系数是指风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。
通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。
对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。
目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数。
当房屋高度大于30m、高宽比大于时，以及对于构架、塔架、烟囱等高耸结构，均考虑风振。
（ PS:对于30m以下且高宽比小于的房屋建筑，可以不考虑脉动风压影响，此时风振系数取β（z）=。
对于低矮、刚度比较大的结构，脉动风压引起的结构振动效应比较小，一般不需要考虑脉动风振作用，而仅考虑平均风压作用。
但是为了考虑脉动风压的影响，还是引入一个与风振系数不同的参数：阵风系数。
阵风系数考虑的是脉动风压的瞬间增大系数，即脉动风压的变异效应。
门式钢架也只需要考虑阵风系数。
但是门式钢架规程中没有采用阵风系数。
而参照美国的规范弄的，这个规范里的体型系数也是参考美国的，规程中解释已经考虑了阵风系数。
这与荷载规范GB5009中的体型系数不一样。
）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）在计算风荷载时提到了这两个系数，但是在结合实际工程使用中，结构上的风荷载可分为两种成分：平均风和脉动风。
对应地，风对结构的作用也有静力的平均风作用和动力的脉动风作用。
高层建筑顺风向风振系数研究分析
法 计算 的风振系数均略大于按规范计算的结果。 图 ６给出建筑各楼层峰值位移 。阵风荷载 因子法 、 惯性风荷
敏感 ， 高层建筑设 计 中 ， 风 荷载 通常起 到控 制性 作用 。 目前 现行
本风压取 ５ ０年重现期 的风压 ０ ． ４ ５ ｋ Ｎ ／ ｍ。 ， 结 构第一 自振周 期为
２ ． ４ １ ｓ ， 结构 阻尼 比取 ０ ． ０ ５ ； 脉动 风模拟 时 间为 ２ ０ ４ Ｓ ， 时 间间 隔
０ ． １ ｓ ， 每层均设为 加载层。使用美 国 Ｃ Ｓ Ｉ 公司编制 的大型结构分
析与设计软件有限元程序 Ｅ Ｔ Ａ Ｂ Ｓ 建立三维有 限元模 型， 分别 采用
的《 建筑结构荷 载规 范》 中采用 简化风振 系数来 计算高 层建筑 顺 风 向的风荷载影 响 ， 仅考 虑线 弹性结 构第 一振 型 ， 忽略结 构高
建 筑结构荷 载规 范》 方法计 算 的结果 与结构 （ ２ ） 法计算 的结 果与按《 的第一阶振型变化规 律相 似 ， 且 下小 上大 ， 二者 均考虑 振 型系数 惯性 风荷载法是按随机振动理论得 到一 阶广 义位 移响应 ， 使
结构 产生该位移的惯性力 ， 可 得 到 高 度 处 的 风 振 系 数 公 式 为 ：
峰值 因子 。
＾ — — — —
图 １ 顺风向脉 动风压 时程与 目标 自功率谱对比结果（ 建筑 ３层 ）
阵风荷载因子法的风振系数 即“ 阵风因子” ， 可 表示 为 ：
Ｇ＝Ｒ （ ｚ ） ／ Ｒ（ ｚ ）＝１ ｇ Ｒ （ ） ／ Ｒ （ ｚ ）
图 ５给出了建筑 各楼 层风 振系数 ， 可 以看 出 ， 按惯 性风 荷载
度处 自相关 函数对 比结果 ， 可 以看 出脉 动风速的空 间相关特 性较
3-第二章 风振系数计算
第2章 风振系数计算2.1 引言在随机脉动风压的作用下，高耸结构会产生随机振动，除了顺风向的风振响应外，结构还会产生横风向的风振响应。
但在通常情况下，对于非圆截面，顺风向风振响应占据主要地位，对于一般的塔架结构，可以忽略横风向共振的作用[13]。
因此，本章主要研究输电塔结构在随机风荷载作用下的顺风向风振系数的计算。
作用于结构物上的脉动风荷载对结构产生的动力响应与结构物本身的动力特性有关。
当结构物刚性很强时，由脉动风所引起的结构物风振惯性力并不明显，可以略去，但需要考虑由脉动风所引起的瞬时阵风荷载；当结构物刚性较弱即为柔性结构时，除静力风荷载()z ω外，还应计及风振惯性力的大小，即风振动力荷载。
如果风振动力荷载用(,)d z t ω表示，则柔性结构物的总风荷载(,)W z t 表达如下[4]：(,)()(,)d W z t z z t ωω=+ （2－1）工程计算中，常采用集中风荷载的表达式，则式（2－1）改写为()()()c d P z P z P z =+ （2－2a ）或i c id P P P =+ （2－2b ） 式中，()P z ，i P —— 顺风向z 高度处第i 点的总风荷载（kN ）；()c P z ，ci P —— 顺风向z 高度处i 点总静力风荷载（kN ）； ()d P z ，di P ——顺风向z 高度处i 点风振动力荷载（kN ），其中()()d d z P z z A ω=，或()()d i d i iP z zA ω=。
在这里，()z i A A 为z 高度（第i 点）处相关的迎风面竖向投影面积（m 2）。
本章下面将讨论风振动力荷载的计算原理和表达式，以及可在实际输电塔设计中应用的风振系数的计算方法。
2.2 顺风向风振系数的计算方法2.2.1结构风振随机振动理论[4][10][7]风荷载是输电塔结构的各类荷载中起主要作用的荷载，由静、动两部分风荷载组成，动力风荷载即脉动风是一种随机动力干扰，引起结构的振动。
3-第二章 风振系数计算
第2章风振系数计算2.1 引言在随机脉动风压的作用下，高耸结构会产生随机振动，除了顺风向的风振响应外，结构还会产生横风向的风振响应。
但在通常情况下，对于非圆截面，顺风向风振响应占据主要地位，对于一般的塔架结构，可以忽略横风向共振的作用[13]。
因此，本章主要研究输电塔结构在随机风荷载作用下的顺风向风振系数的计算。
作用于结构物上的脉动风荷载对结构产生的动力响应与结构物本身的动力特性有关。
当结构物刚性很强时，由脉动风所引起的结构物风振惯性力并不明显，可以略去，但需要考虑由脉动风所引起的瞬时阵风荷载；当结构物刚性较外，还应计及风振惯性力的大小，即风弱即为柔性结构时，除静力风荷载()z振动力荷载。
如果风振动力荷载用(,)d z t ω表示，则柔性结构物的总风荷载(,)W z t 表达如下[4]：(,)()(,)d W z t z z t ωω=+ （2－1）工程计算中，常采用集中风荷载的表达式，则式（2－1）改写为()()()c d P z P z P z =+ （2－2a ）或i c id P P P =+ （2－2b ） 式中，()P z ，i P —— 顺风向z 高度处第i 点的总风荷载（kN ）；()c P z ，ci P —— 顺风向z 高度处i 点总静力风荷载（kN ）； ()d P z ，di P ——顺风向z 高度处i 点风振动力荷载（kN ），其中()()d d z P z z A ω=，或()()d i d i iP z zA ω=。
在这里，()z i A A 为z 高度（第i 点）处相关的迎风面竖向投影面积（m 2）。
本章下面将讨论风振动力荷载的计算原理和表达式，以及可在实际输电塔设计中应用的风振系数的计算方法。
2.2 顺风向风振系数的计算方法2.2.1结构风振随机振动理论[4][10][7]风荷载是输电塔结构的各类荷载中起主要作用的荷载，由静、动两部分风荷载组成，动力风荷载即脉动风是一种随机动力干扰，引起结构的振动。
抗风等级划分
抗风等级划分一、风速范围抗风等级的划分首先基于风速范围。
风速是指空气相对于地面的水平运动速度，通常用米/秒（m/s）或公里/小时（km/h）表示。
根据不同的地理环境和气候条件，风速的范围也会有所不同。
一般来说，可以将风速划分为以下等级：1. 微风吹拂：小于5 m/s (3 km/h)2. 轻风：5-11 m/s (3-7 km/h)3. 和风：11-18 m/s (7-11 km/h)4. 强风：18-28 m/s (11-18 km/h)5. 烈风：28-38 m/s (18-25 km/h)6. 狂风：38-49 m/s (25-33 km/h)7. 暴风：49-61 m/s (33-41 km/h)8. 飓风：大于61 m/s (41 km/h)二、风压等级风压等级是根据建筑物或其他结构物在风力作用下的受力状况来划分的。
通常，风压等级可分为以下几类：1. 低风压：风压较小，对结构物的压力较小。
2. 中等风压：风压适中，对结构物有一定的压力。
3. 高风压：风压较大，对结构物产生较大的压力。
4. 极高风压：风压极大，对结构物产生极大的压力。
三、风振系数风振系数是用来描述结构物在风力作用下的振动幅度的参数。
它与结构物的固有频率、阻尼比以及风速等有关。
根据不同的结构物类型和地理环境，可以选取不同的风振系数值。
四、结构物类型结构物类型也是抗风等级划分的重要因素之一。
不同类型的结构物对风的抵抗能力不同，因此需要根据结构物的类型来确定相应的抗风等级。
例如，高层建筑、桥梁、烟囱等高耸结构物对风的抵抗能力要求较高，而一般的住宅和办公楼等低层建筑则要求较低。
五、地质条件地质条件对建筑物或其他结构物的抗风能力有很大影响。
地质条件包括土壤的密度、硬度和地下水位等。
在土壤密度较大、硬度较高的情况下，建筑物的基础更加稳固，能够承受更大的风力；而在地下水位较高的情况下，土壤的含水量增加，可能导致土壤的承载能力降低，从而影响建筑物的抗风能力。